JP2019167957A - Tip shroud fillets for turbine rotor blades - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、概して、タービンロータブレードと共に使用されるフィレットに関し、より具体的には、タービンロータブレードの翼形部と先端シュラウドとの間に使用されるフィレットに関する。 The present invention relates generally to fillets for use with turbine rotor blades, and more particularly to fillets for use between turbine rotor blade airfoils and tip shrouds.
少なくともいくつかの既知のタービンロータブレードは、翼形部と、プラットフォームと、シャンクと、シャンクの半径方向内側端部に沿って延びるダブテールと、翼形部の先端に形成された先端シュラウドとを含む。少なくともいくつかの既知の翼形部では、高温の燃焼ガスが通過しなければならない通路の一部を画定するために、翼形部の半径方向外側端部に一体型先端シュラウドが含まれる。既知の先端シュラウドおよび翼形部は通常、先端シュラウドと翼形部との交差部に所定のサイズおよび形状を有するフィレットを含む。 At least some known turbine rotor blades include an airfoil, a platform, a shank, a dovetail extending along a radially inner end of the shank, and a tip shroud formed at the tip of the airfoil. . In at least some known airfoils, an integral tip shroud is included at the radially outer end of the airfoil to define the portion of the passage through which hot combustion gases must pass. Known tip shrouds and airfoils typically include a fillet having a predetermined size and shape at the intersection of the tip shroud and the airfoil.
動作中、そのようなロータブレードの先端シュラウドと翼形部との間に形成された接続部は、回転によって引き起こされる遠心力および機械的力のために非常に応力がかかるようになる。先端シュラウドと翼形部との間に形成されたフィレットは、この領域で発生する応力集中を低減するように形作られている。しかしながら、既知のフィレット形状は依然として構成要素の有効寿命を減少させる応力集中の構築を可能にする。さらに、既知のフィレットは、抗力およびフィレットによって生じる閉塞のためにエンジン効率を低下させる可能性がある。したがって、エンジン効率を促進するために空気力学的にも実行しながら応力集中をさらに低減する改良されたフィレット形状が必要とされている。 In operation, the connection formed between the tip shroud and the airfoil of such a rotor blade becomes very stressed due to centrifugal and mechanical forces caused by the rotation. The fillet formed between the tip shroud and the airfoil is shaped to reduce the stress concentration that occurs in this region. However, known fillet shapes still allow the construction of stress concentrations that reduce the useful life of the component. In addition, known fillets can reduce engine efficiency due to drag and blockage caused by the fillets. Therefore, there is a need for an improved fillet shape that further reduces stress concentration while also being aerodynamically implemented to promote engine efficiency.
したがって、本出願は、翼形部と、先端シュラウドと、翼形部と先端シュラウドとの交差部の周りに形成されたフィレットとを含むガスタービンのタービン用のロータブレードを説明する。フィレットは、先端シュラウドと翼形部とを接続し、空気力学的空気流を促進するために、交差部の周りで可変のフィレットプロファイルを画定する。フィレットは、翼形部の正圧面と先端シュラウドの内面との間に形成された正圧面フィレットと、翼形部の負圧面と先端シュラウドの内面との間に形成された負圧面フィレットとを含む。正圧面フィレットは、表Iに示されるように、デカルト座標系におけるX,Y,Z座標値の第1セットの点の中の点に実質的に一致する正圧面フィレットプロファイルを含み、ここで、X,Y,Zはインチ単位での原点からの距離であり、第1セットの点の中の点が滑らかな連続円弧で結ばれているとき、第1セットの点の中の点は正圧面フィレットの正圧面フィレットプロファイルを画定する。第1セットの点は、表Iに示されるように、基準面Hと基準面Wとの間に含まれる各基準面の点1と点50との間に含まれる各点を含む。 Accordingly, the present application describes a rotor blade for a turbine of a gas turbine that includes an airfoil, a tip shroud, and a fillet formed around the intersection of the airfoil and the tip shroud. The fillet defines a variable fillet profile around the intersection to connect the tip shroud and the airfoil and promote aerodynamic airflow. The fillet includes a pressure surface fillet formed between the pressure surface of the airfoil and the inner surface of the tip shroud, and a suction surface fillet formed between the suction surface of the airfoil and the inner surface of the tip shroud. . The pressure surface fillet includes a pressure surface fillet profile that substantially coincides with a point in the first set of X, Y, Z coordinate values in the Cartesian coordinate system, as shown in Table I, where X, Y, Z are distances from the origin in inches, and when the points in the first set of points are connected by a smooth continuous arc, the points in the first set of points are pressure surfaces Define the pressure face fillet profile of the fillet. The first set of points includes each point included between point 1 and point 50 of each reference surface included between reference surface H and reference surface W, as shown in Table I.
本出願は、翼形部と、先端シュラウドと、翼形部と先端シュラウドとの交差部の周りに形成されたフィレットとを含むガスタービンのタービン用のロータブレードをさらに説明する。フィレットは、先端シュラウドと翼形部とを接続し、空気力学的空気流を促進するために、交差部の周りで可変のフィレットプロファイルを画定する。フィレットは、翼形部の正圧面と先端シュラウドの内面との間に形成された正圧面フィレットと、翼形部の負圧面と先端シュラウドの内面との間に形成された負圧面フィレットとを含む。負圧面フィレットは、表IIに示されるように、デカルト座標系におけるX,Y,Z座標値の第1セットの点の中の点に実質的に一致する負圧面フィレットプロファイルを含み、ここで、X,Y,Zはインチ単位での原点からの距離であり、第1セットの点の中の点が滑らかな連続円弧で結ばれているとき、第1セットの点の中の点は負圧面フィレットの負圧面フィレットプロファイルを画定する。第1セットの点は、表Iに示されるように、基準面Hと基準面Wとの間に含まれる各基準面の点1と点50との間に含まれる各点を含む。 The present application further describes a rotor blade for a turbine of a gas turbine that includes an airfoil, a tip shroud, and a fillet formed around the intersection of the airfoil and the tip shroud. The fillet defines a variable fillet profile around the intersection to connect the tip shroud and the airfoil and promote aerodynamic airflow. The fillet includes a pressure surface fillet formed between the pressure surface of the airfoil and the inner surface of the tip shroud, and a suction surface fillet formed between the suction surface of the airfoil and the inner surface of the tip shroud. . The suction side fillet includes a suction side fillet profile that substantially coincides with a point in the first set of points of the X, Y, Z coordinate values in the Cartesian coordinate system, as shown in Table II, where X, Y, and Z are distances from the origin in inches. When the points in the first set of points are connected by a smooth continuous arc, the points in the first set of points are suction surfaces Define the suction side fillet profile of the fillet. The first set of points includes each point included between point 1 and point 50 of each reference surface included between reference surface H and reference surface W, as shown in Table I.
本発明のこれらのおよびその他の特徴は、以下の添付の図面と併せて、本発明の例示的な実施形態についての以下のより詳細な説明を慎重に検討することによって、より完全に理解され認識されよう。 These and other features of the present invention will be more fully understood and appreciated by careful consideration of the following more detailed description of exemplary embodiments of the invention in conjunction with the following accompanying drawings. Let's be done.
フィレットを含む先端シュラウドは、翼形部の半径方向外側端部でタービンロータブレードと一体的に形成され得る。先端シュラウドは一般に、翼形部の先端を覆う表面領域を提供する。動作中、先端シュラウドは、両端で、周方向に隣接するロータブレードの先端シュラウドと係合し、それにより、実質的に高温ガス経路を囲む概して環状のリングまたはシュラウドが形成される。この環状リングはエンジン効率を改善するために膨張燃焼を含む。フィレットは、先端シュラウドを翼形部に接合し、それによって、先端シュラウドが動作中に翼形部から外れるのを防止するために先端シュラウドを支持する。 A tip shroud including a fillet may be integrally formed with the turbine rotor blade at the radially outer end of the airfoil. The tip shroud generally provides a surface area that covers the tip of the airfoil. In operation, the tip shroud engages the tip shroud of circumferentially adjacent rotor blades at both ends, thereby forming a generally annular ring or shroud that substantially surrounds the hot gas path. This annular ring includes expansion combustion to improve engine efficiency. The fillet joins the tip shroud to the airfoil, thereby supporting the tip shroud to prevent the tip shroud from detaching from the airfoil during operation.
一般に、エンジン性能の観点から、翼形部の外側半径方向先端の正圧面と負圧面の両方に張り出す比較的大きな先端シュラウドを有することが望ましい。しかしながら、空気力学的性能に関しては、先端シュラウドフィレットが可能な限り小さくかつ合理化されたままであることが有利である。これらの競合する利益、すなわち、先端シュラウドが翼形部を越えて可能な最大量の作動流体を逸らせるのに十分な大きさである一方で、フィレットは空気力学的効率を促進するために小さくかつ合理化されたままであることを考えると、先端シュラウドとそれらを支えるフィレットの設計は厳格で高度に専門化された仕事であることを理解すべきである。成功した設計は、張り出している先端シュラウドの質量によって翼形部の両側に生じる高い応力を効果的にバランスさせ、そうすることで、構成要素の寿命を大幅に延ばし、より大きな先端シュラウドを可能にし、および/または空気力学的性能を改善するためにフィレットサイズを小さくすることができる。理解されるように、本出願は、これらの目的を達成するために特に適合されているフィレット設計を開示している。すなわち、本明細書で「本発明」または「本フィレット」とも呼ぶことができる本開示のフィレットは、フィレットが空気力学的性能のために合理化されたままであるように、フィレット領域の質量を減少させて再分配するために使用され得る一方で、寿命を犠牲にすることなく、応力集中をさらに低減し、より大きな先端シュラウドを支持する構造的構成を依然として提供する。 In general, from the standpoint of engine performance, it is desirable to have a relatively large tip shroud that overhangs both the pressure and suction surfaces of the outer radial tip of the airfoil. However, with regard to aerodynamic performance, it is advantageous for the tip shroud fillet to remain as small and streamlined as possible. While these competing benefits, the tip shroud is large enough to divert the maximum amount of working fluid possible beyond the airfoil, the fillet is small to promote aerodynamic efficiency. And given that it remains streamlined, it should be understood that the design of the tip shrouds and the fillets that support them is a rigorous and highly specialized task. A successful design effectively balances the high stresses created on both sides of the airfoil by the mass of the overhanging tip shroud, thereby significantly extending component life and allowing for a larger tip shroud. And / or the fillet size can be reduced to improve aerodynamic performance. As will be appreciated, the present application discloses a fillet design that is specifically adapted to achieve these objectives. That is, the fillets of the present disclosure, also referred to herein as “the present invention” or “the present fillets,” reduce the mass of the fillet region so that the fillets remain streamlined for aerodynamic performance. While still providing a structural configuration that further reduces stress concentrations and supports larger tip shrouds without sacrificing lifetime.
背景として、図1は、圧縮機15、燃焼器16、およびこれらを通って吸気側から排気側に延びるタービン22を含む例示的なガスタービンエンジン12の概略図であり、すべて直列流れ構成で結合されている。エンジン12は中心軸線23を含み、高温ガス経路は吸気側から排気側へと画定される。運転中、空気は吸気側に流入し、圧縮機15に送られる。圧縮空気は、圧縮機15から燃焼器16に導かれ、そこで燃料と混合されて点火されて燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、燃焼器16からタービン22に向かって高温ガス経路を通って導かれ、タービン22は、熱エネルギーを機械的エネルギーに変換して圧縮機15および/または発電機(図示せず)などの別の負荷に動力を供給する。 By way of background, FIG. 1 is a schematic diagram of an exemplary gas turbine engine 12 including a compressor 15, a combustor 16, and a turbine 22 extending therethrough from an intake side to an exhaust side, all coupled in a series flow configuration. Has been. The engine 12 includes a central axis 23 and a hot gas path is defined from the intake side to the exhaust side. During operation, air flows into the intake side and is sent to the compressor 15. The compressed air is directed from the compressor 15 to the combustor 16 where it is mixed with fuel and ignited to produce combustion gases. Combustion gas is directed through the hot gas path from the combustor 16 to the turbine 22, which converts the thermal energy into mechanical energy to compress 15 and / or a generator (not shown), etc. To power another load.
図2は、ガスタービンエンジン12で使用されるタービン22の多段に画定された例示的な高温ガス経路20の概略図である。3つの段が示されており、各段はベーンまたはノズル24の列とバケットまたはロータブレード26の列とを含む。ノズル24の各列は、軸線23(図1に示す)の周りに円周方向に互いに離間した複数のノズル24を含む。ロータブレード26の各列は、軸線23を中心に回転するようにロータディスク27の周りに円周方向に間隔を置いて配置された複数のロータブレード26を含む。ノズル24およびロータブレード26はそれぞれ、タービン22の高温ガス経路20内に配置されていることを理解されたい。高温ガス経路20を通るガスの流れの方向は矢印36で示されている。 FIG. 2 is a schematic diagram of an exemplary hot gas path 20 defined in multiple stages of a turbine 22 used in gas turbine engine 12. Three stages are shown, each stage including a row of vanes or nozzles 24 and a row of buckets or rotor blades 26. Each row of nozzles 24 includes a plurality of nozzles 24 circumferentially spaced about an axis 23 (shown in FIG. 1). Each row of rotor blades 26 includes a plurality of rotor blades 26 spaced circumferentially around a rotor disk 27 so as to rotate about an axis 23. It should be understood that the nozzle 24 and the rotor blade 26 are each disposed in the hot gas path 20 of the turbine 22. The direction of gas flow through the hot gas path 20 is indicated by arrows 36.
図3は、本発明の例示的な実施形態によるロータブレード26の斜視図を示している。示されるように、ロータブレード26は、プラットフォーム40、シャンク42、ダブテール44、先端シュラウド48、およびフィレット50を含み得る。ダブテール44は、(図2に示すように)ロータブレード26をロータディスク27に結合するために使用される。ロータブレード26はまた、プラットフォーム40と先端シュラウド48との間に半径方向に延びる翼形部46を含み得る。翼形部46は、前縁52、後縁54、正圧面53、および反対側の負圧面55を有する。正圧面53は、前縁52から後縁54まで延在し、翼形部46の凹状外面を形成する。負圧面55は、前縁52から後縁54まで延在し、翼形部46の凸状外面を形成する。フィレット50が画定され、翼形部46と先端シュラウド48との間に延びる。より具体的には、フィレット50は、翼形部46の外側半径方向先端49と先端シュラウド48との間に形成された交差部内に延在し、それによって先端シュラウド48を構造的に支持する。先端シュラウド48は、周方向に延びるシールレール56と、静止ケーシングとのシールを容易にするカッター歯57とを含み得る。動作中、高温の燃焼ガスは、翼形部46の正圧面53と負圧面55の両方を越えて流れ、ロータブレード26の回転を引き起こす。具体的には、翼形部46の正圧面53および負圧面55上の高温ガスの流れは、ロータブレード26を各ロータディスク27上で回転させ、その結果、膨張する高温ガスのエネルギーが機械的エネルギーに変換される。 FIG. 3 shows a perspective view of a rotor blade 26 according to an exemplary embodiment of the present invention. As shown, the rotor blade 26 may include a platform 40, a shank 42, a dovetail 44, a tip shroud 48, and a fillet 50. Dovetail 44 is used to couple rotor blade 26 to rotor disk 27 (as shown in FIG. 2). The rotor blade 26 may also include an airfoil 46 that extends radially between the platform 40 and the tip shroud 48. The airfoil 46 has a leading edge 52, a trailing edge 54, a pressure surface 53, and an opposite suction surface 55. The pressure surface 53 extends from the leading edge 52 to the trailing edge 54 and forms a concave outer surface of the airfoil 46. The suction surface 55 extends from the leading edge 52 to the trailing edge 54 and forms the convex outer surface of the airfoil 46. A fillet 50 is defined and extends between the airfoil 46 and the tip shroud 48. More specifically, the fillet 50 extends into an intersection formed between the outer radial tip 49 of the airfoil 46 and the tip shroud 48, thereby structurally supporting the tip shroud 48. The tip shroud 48 may include circumferentially extending seal rails 56 and cutter teeth 57 that facilitate sealing with a stationary casing. During operation, hot combustion gases flow across both the pressure surface 53 and the suction surface 55 of the airfoil 46 and cause the rotor blades 26 to rotate. Specifically, the flow of hot gas on the pressure surface 53 and suction surface 55 of the airfoil 46 causes the rotor blades 26 to rotate on each rotor disk 27 so that the energy of the expanding hot gas is mechanical. Converted into energy.
図3に示すように、翼形部46は、翼形部46の全高(すなわち、プラットフォーム40と先端シュラウド48との間の距離)を表す翼形部高さ61と、翼形部46の全体の幅(すなわち、前縁52と後縁54との間の距離)を表す翼形部の幅62とによってさらに画定され得る。以下に説明するように、本フィレット50を画定する1つの方法は、翼形部の幅62内の幅方向部分または範囲を画定し、それらの各々について、フィレット50の高さ(またはフィレット50の高さが維持される高さの範囲)を画定することである。本明細書で使用されるとき、フィレット50の高さは、フィレット50が翼形部46の最も外側の先端からプラットフォーム40に向かって延びる半径方向距離を表す。本明細書で説明する目的のために、翼形部46の最も外側の先端は、先端シュラウド48の半径方向内面60と同一平面上にあると見なされる。(図4および図5に示すように、先端シュラウド48の内面60は外面64の反対側にある。)さらに、説明する目的のために、フィレット50の高さは、本明細書では、翼形部46の全高に対して、例えば翼形部高さ61のパーセンテージとして表すことができる。 As shown in FIG. 3, the airfoil 46 includes an airfoil height 61 that represents the overall height of the airfoil 46 (ie, the distance between the platform 40 and the tip shroud 48), and the entire airfoil 46. And an airfoil width 62 representing the width (ie, the distance between the leading edge 52 and the trailing edge 54). As described below, one method of defining the fillet 50 is to define a widthwise portion or range within the airfoil width 62, for each of which the height of the fillet 50 (or of the fillet 50). Defining a range of heights within which the height is maintained. As used herein, the height of the fillet 50 represents the radial distance that the fillet 50 extends from the outermost tip of the airfoil 46 toward the platform 40. For purposes described herein, the outermost tip of the airfoil 46 is considered to be coplanar with the radially inner surface 60 of the tip shroud 48. (As shown in FIGS. 4 and 5, the inner surface 60 of the tip shroud 48 is opposite the outer surface 64.) Further, for purposes of illustration, the height of the fillet 50 is herein referred to as an airfoil. For example, it can be expressed as a percentage of the airfoil height 61 with respect to the total height of the portion 46.
ここで図4から図6を参照すると、本フィレット50のより詳細な図が提供されている。(なお、図4から図9は縮尺通りに描かれておらず、特定の点を位置付けるための方法論を示すためだけに提供されており、それらの点の実際の位置は表Iと表IIに具体的に示されている。したがって、図面に示されている見掛けの点の位置と、表Iおよび表IIに記載されている実際の位置との間に矛盾がある場合、すべての場合において、特に添付の特許請求の範囲内でなされた点への言及に関して、表Iおよび表IIに提供された点の位置が、支配的および決定的であることを理解すべきである。)図4は、翼形部46の正圧面53上のフィレット50の斜視図を示している。正圧面53上のフィレット50は、本明細書ではより具体的に「正圧面フィレット63」と呼ぶことができる。図5は、翼形部46の負圧面55上のフィレット50の斜視図を示している。負圧面55上のフィレット50は、本明細書ではより具体的に「負圧面フィレット65」と呼ぶことができる。フィレット50の外縁は、正圧面53と負圧面55の両方でフィレット50と翼形部46との間の交差部に形成され、交差線58によって示されている。フィレット50の外縁もまた、フィレット50と先端シュラウド48との間の交差部に形成され、交差線59によって示される。交差線59が図6に最も明瞭に示されており、これは図3の線6−6に沿って取られた翼形部46およびフィレット50の一部の断面図を提供している。追加のいくつかの基準線71、ならびに本フィレット50のプロファイルを画定するために使用され得るそれらの基準線71上に特に配置された点もまた図4〜図6に示されている。図7から図9に関してさらに論じられるように、基準線71はそれぞれ基準面(例えば、基準面AからZ)と正圧面フィレット63および負圧面フィレット65の表面との交差部を表す。 Referring now to FIGS. 4-6, a more detailed view of the fillet 50 is provided. (Note that FIGS. 4-9 are not drawn to scale and are provided only to illustrate the methodology for locating specific points, and the actual positions of those points are shown in Tables I and II. Therefore, if there is a discrepancy between the apparent point location shown in the drawing and the actual location listed in Table I and Table II, in all cases, It should be understood that the location of the points provided in Tables I and II is dominant and decisive, especially with reference to points made within the scope of the appended claims.) FIG. FIG. 5 shows a perspective view of the fillet 50 on the pressure surface 53 of the airfoil 46. The fillet 50 on the pressure surface 53 can be more specifically referred to herein as a “pressure surface fillet 63”. FIG. 5 shows a perspective view of the fillet 50 on the suction surface 55 of the airfoil 46. The fillet 50 on the suction surface 55 can be more specifically referred to herein as the “suction surface fillet 65”. The outer edge of the fillet 50 is formed at the intersection between the fillet 50 and the airfoil 46 at both the pressure surface 53 and the suction surface 55 and is indicated by the intersection line 58. The outer edge of the fillet 50 is also formed at the intersection between the fillet 50 and the tip shroud 48 and is indicated by the intersection line 59. Intersection line 59 is most clearly shown in FIG. 6, which provides a cross-sectional view of a portion of airfoil 46 and fillet 50 taken along line 6-6 of FIG. Also shown in FIGS. 4-6 are some additional reference lines 71 as well as points specifically located on those reference lines 71 that can be used to define the profile of the fillet 50. As discussed further with respect to FIGS. 7-9, reference lines 71 each represent the intersection of a reference surface (eg, reference surfaces A to Z) and the surfaces of pressure surface fillet 63 and suction surface fillet 65.
本発明によれば、分かるように、フィレット50は、交差線59によって示されるように、先端シュラウド48の内面60の大部分にわたって延在するように構成されている。フィレット50はまた、交差線58によって示されるように、翼形部46の先端49を囲みそして覆うように構成されている。さらに、交差線58と交差線59との間で、本発明のフィレット50は、空気力学的性能および構造性能を向上させる特定の表面輪郭、構成、またはプロファイルを形成するように変化する厚さを有する。理解されるように、本フィレット50の正確な構成は、いくつかの競合する設計基準、およびそれら基準間に存在する複雑な関係が考慮されバランスがとられて性能を最適化する結果を生じる最適化に基づく。本発明のフィレット50は、特に特定のプロファイルを有する先端シュラウドと組み合わされたときに、他の既知のフィレット構成よりも優れていることが繰り返し試験において示されている。例えば、本フィレット50の構成は、空気力学的性能に関して合理化される一方で、ロータブレードの有効寿命を実質的に延ばすように動作応力を最適に分散させバランスさせるように先端シュラウド48を構造的にも支持する。 In accordance with the present invention, as can be seen, the fillet 50 is configured to extend over most of the inner surface 60 of the tip shroud 48, as indicated by the cross line 59. Fillet 50 is also configured to enclose and cover tip 49 of airfoil 46, as indicated by cross line 58. Further, between the intersecting line 58 and the intersecting line 59, the fillet 50 of the present invention has a thickness that varies to form a specific surface contour, configuration, or profile that improves aerodynamic and structural performance. Have. As will be appreciated, the exact configuration of the fillet 50 is optimal, with some competing design criteria, and the complex relationships that exist between them, taken into account and balanced to result in optimized performance. Based on Repeated tests have shown that the fillet 50 of the present invention is superior to other known fillet configurations, particularly when combined with a tip shroud having a specific profile. For example, while the configuration of the present fillet 50 is streamlined with respect to aerodynamic performance, the tip shroud 48 is structurally configured to optimally distribute and balance operating stresses to substantially extend the useful life of the rotor blades. I also support.
ここで図7から図9を参照すると、X,Y,Z座標系が示されており、これは、以下に提供されるように、本フィレット50の特定の構成を画定するために使用されることになる。すなわち、本発明のフィレット50は、その表面またはプロファイルのうちの1つまたは複数を画定することによって説明され、それらのプロファイルは、図7から図9に示すX,Y,Z座標系を介してそれらに生じるいくつかの離散点を画定することによって説明される。理解されるように、図7において、X,Y,Z座標系の一般的な向きは、ロータブレード26に関して示されている。示されるように、Z軸は、ロータブレード26の翼形部46の翼弦に沿って向けられている。したがって、Z軸は、翼形部46の前縁52と後縁54との交差部の間で水平に延びる。Y軸に関して、それは翼形部46の長手方向に垂直に延びる。最後に、図示のように、X軸はY軸とZ軸の両方に対して垂直に延びる。X軸、Y軸、およびZ軸は原点72で交差する。 Referring now to FIGS. 7-9, an X, Y, Z coordinate system is shown, which is used to define a particular configuration of the fillet 50, as provided below. It will be. That is, the fillet 50 of the present invention is described by defining one or more of its surfaces or profiles, which are transmitted via the X, Y, Z coordinate system shown in FIGS. This is explained by defining several discrete points that occur in them. As can be seen, in FIG. 7, the general orientation of the X, Y, Z coordinate system is shown with respect to the rotor blade 26. As shown, the Z axis is oriented along the chord of the airfoil 46 of the rotor blade 26. Thus, the Z-axis extends horizontally between the intersection of the leading edge 52 and trailing edge 54 of the airfoil 46. With respect to the Y axis, it extends perpendicular to the longitudinal direction of the airfoil 46. Finally, as shown, the X axis extends perpendicular to both the Y and Z axes. The X axis, the Y axis, and the Z axis intersect at the origin 72.
本フィレット50の表面またはプロファイルに生じる例示的な点(正圧面フィレット63と負圧面フィレット65の両方の点を含む)は、以下の表Iおよび表IIに示されるようにX,Y,Z座標によって画定される。フィレット50の例示的な実施形態は、表Iおよび表IIに含まれるすべての点によって説明され得るように、図示されたフィレット50のフィレットプロファイルの実質的に全部;または、表Iおよび表IIに含まれる点のサブセットを表す点のセットによって画定され得るように、フィレット50の正圧面および負圧面の一方または両方で、図示されたフィレット50内に画定される特定の表面領域またはプロファイルを含み得ることを理解されたい。表Iおよび表IIに列挙された点は、図8に最も明瞭に示されるように、正圧面および負圧面の両方においてフィレット50と交差するいくつかの断面基準面、すなわち基準面AからZに従って配置される。表Iはフィレット50の正圧面に発生する点を含み、表IIはフィレット50の負圧面に発生する点を含み、各表は基準面に対して点を配置している。基準面AからZは、翼形部46の前縁52と後縁54との間にZ軸に沿って所定の間隔で画定されている。基準面AからZはそれぞれ平行であり、Z軸に対して垂直に向けられている。さらに、表Iおよび表IIは、各基準面に100点を含み、これらの点のうちの50点は正圧面フィレット63上に発生し、50点は負圧面フィレット65上に発生する。 Exemplary points occurring on the surface or profile of the fillet 50 (including both pressure side fillet 63 and suction side fillet 65) are X, Y, Z coordinates as shown in Tables I and II below. Defined by Exemplary embodiments of the fillet 50 may be substantially all of the fillet profile of the illustrated fillet 50, as can be illustrated by all the points contained in Tables I and II; or One or both of the pressure and suction surfaces of the fillet 50 may include a specific surface area or profile defined within the illustrated fillet 50, as may be defined by a set of points representing a subset of included points. Please understand that. The points listed in Table I and Table II are in accordance with several cross-section reference planes that intersect the fillet 50 at both the pressure and suction surfaces, i.e., reference surfaces A through Z, as shown most clearly in FIG. Be placed. Table I includes points that occur on the pressure surface of the fillet 50, Table II includes points that occur on the suction surface of the fillet 50, and each table places points relative to the reference surface. Reference planes A to Z are defined between the leading edge 52 and trailing edge 54 of the airfoil 46 at predetermined intervals along the Z axis. Reference planes A to Z are parallel to each other and are oriented perpendicular to the Z axis. Further, Table I and Table II include 100 points on each reference surface, 50 of which occur on the pressure side fillet 63 and 50 on the suction side fillet 65.
したがって、図9に最も明瞭に示されるように、基準面AからZのうちの1つのZ軸上の各位置において、本発明のフィレットのプロファイルは、表Iの正圧面と表IIの負圧面の両方において、X軸およびY軸寸法によって画定される点によって画定される。したがって、理解されるように、各点は、基準面のうちの1つが正圧面フィレット63または負圧面フィレット65のいずれかの表面と交差する目立たない位置を表す。理解されるように、この構成を考えると、表Iおよび表IIに与えられたZ値は、Z軸上の基準面の位置を表す。表Iおよび表IIに与えられたX値は、与えられた点がX軸から存在する適用可能な基準面内の距離を表す。そして、表Iおよび表IIに与えられたY値は、与えられた点がY軸から存在する適用可能な基準面内の距離を表す。 Therefore, as shown most clearly in FIG. 9, at each position on one of the reference planes A to Z on the Z axis, the profile of the fillet of the present invention is the pressure surface of Table I and the suction surface of Table II. Both are defined by points defined by X-axis and Y-axis dimensions. Thus, as will be appreciated, each point represents an inconspicuous location where one of the reference surfaces intersects either the pressure surface fillet 63 or the suction surface fillet 65. As can be appreciated, given this configuration, the Z values given in Tables I and II represent the position of the reference plane on the Z axis. The X values given in Tables I and II represent the distance in the applicable reference plane at which a given point exists from the X axis. The Y values given in Tables I and II represent the distance in the applicable reference plane where the given point exists from the Y axis.
表Iおよび表IIの値によって画定される様々な点は、全体としてまたは部分的に、滑らかな曲線などによって結ばれて、本発明の実施形態による例示的なフィレットの表面構成または輪郭を画定することができる。本フィレットのそのような表面構成または輪郭は、本明細書では「フィレットプロファイル」と呼ぶことができる。さらに、表Iおよび表IIに示すフィレット50のフィレットプロファイルを決定するための値は公称フィレットに対するものであることも理解されるべきである。したがって、表Iおよび表IIから決定されるように、あらゆるコーティング厚さを含む±の典型的な製造公差は、フィレット表面に加法的である。したがって、例示的な実施形態によれば、表Iおよび表IIに記載される任意の表面位置に垂直な方向における±0.05インチの距離は、本フィレット50によるフィレットプロファイルエンベロープ、すなわち上記の表IおよびIIによって与えられるような本フィレット50の理想的な構成間の変動範囲、および公称低温または室温でのフィレット50構成の変動範囲を画定する。さらに、表Iおよび表IIは特定の数の点を使用してフィレット50の表面プロファイルを画定しているが、このプロファイルを画定するために任意の数のX,Y,Z位置が使用され得ることを理解されたい。したがって、表Iおよび表IIの値によって画定されるフィレットプロファイルは、所与のX,Y,Z位置の中間のフィレットプロファイル、ならびに表Iおよび表IIに含まれるものより少ないX,Y,Z位置を使用して画定されるものを包含する。さらに、表Iおよび表IIに画定された本フィレット50を、様々なサイズの先端シュラウド付き翼形部と同様に使用するために比例的に拡大または縮小することができ、そのような代替の実施形態は本発明の範囲内であることが理解されよう。
The various points defined by the values in Table I and Table II are connected, in whole or in part, by smooth curves or the like to define the surface configuration or contour of an exemplary fillet according to an embodiment of the present invention. be able to. Such a surface configuration or contour of the fillet may be referred to herein as a “fillet profile”. It should also be understood that the values for determining the fillet profile of fillet 50 shown in Table I and Table II are for nominal fillets. Thus, as determined from Tables I and II, the typical manufacturing tolerance of ±, including any coating thickness, is additive to the fillet surface. Thus, according to an exemplary embodiment, a distance of ± 0.05 inch in a direction perpendicular to any surface position described in Table I and Table II is a fillet profile envelope according to the fillet 50, ie, the above table. Define the range of variation between the ideal configuration of the present fillet 50 as given by I and II, and the range of variation of the fillet 50 configuration at nominal low or room temperature. Furthermore, although Table I and Table II use a specific number of points to define the surface profile of fillet 50, any number of X, Y, Z positions may be used to define this profile. Please understand that. Thus, the fillet profile defined by the values in Table I and Table II is an intermediate fillet profile for a given X, Y, Z position, and fewer X, Y, Z positions than those contained in Table I and Table II. Including those defined using Furthermore, the fillet 50 defined in Table I and Table II can be proportionally enlarged or reduced for use in the same manner as various sized tip shrouded airfoils, such an alternative implementation. It will be appreciated that the form is within the scope of the invention.
さらに、本発明は、異なる方法で、すなわち表Iおよび表IIの点を使用する以外の方法で画定されるフィレット50の代替の実施形態を含む。例えば、本フィレット50は、前縁52と後縁54との間に延在するので、交差線58の経路または形状に従って説明されてもよい。理解されるように、この経路の形状は、本明細書で「フィレット高さ」と呼ばれることになる特性を参照して説明することができる。本明細書で使用されるとき、フィレット高さは、フィレット50が翼形部46の外側半径方向先端からプラットフォーム40に向かって延びる距離である。より具体的には、フィレット高さは、交差線58と翼形部46の外側半径方向先端との間に生じる距離である。 Furthermore, the present invention includes alternative embodiments of the fillet 50 that are defined in a different manner, ie other than using the points in Table I and Table II. For example, the fillet 50 extends between the leading edge 52 and the trailing edge 54 and may be described according to the path or shape of the intersection line 58. As will be appreciated, the shape of this path can be described with reference to a characteristic that will be referred to herein as “fillet height”. As used herein, the fillet height is the distance that the fillet 50 extends from the outer radial tip of the airfoil 46 toward the platform 40. More specifically, the fillet height is the distance that occurs between the intersection line 58 and the outer radial tip of the airfoil 46.
例えば、再び図4を参照すると、翼形部46の正圧面53において、フィレット50の高さは前縁52と後縁54との間でかなり変化することが理解されよう。例示的な実施形態によれば、フィレット50の高さが翼形部46の幅62にわたって変化する特定の方法は、この目的のために翼形部46にわたって幅方向に画定される5つの基準部分または範囲内で生じる特定の高さ特性に関して説明され得る。(上で説明したように、翼形部46の幅62は、翼形部46の翼弦を横切る距離、言い換えれば、翼形部46の前縁52と後縁54との間の距離である。)理解されるように、これらの基準範囲は、図4において基準破線、境界面、または「境界80」により画定される。具体的には、5つの基準範囲は、翼形部46の幅62を隣接する重ならない平行部分に分割し、説明の目的のために、これを本明細書では、前部範囲81、前部移行範囲82、中間範囲83、後部移行範囲84、および後部範囲85と呼ぶ。図4に示すように、前部範囲81は、翼形部46の前縁52に隣接して画定された基準部分である。中間範囲83は、翼形部46のほぼ中央部分に生じる基準部分である。前部移行範囲82は、前部範囲81と中間範囲83との間に位置する基準部分である。後部範囲85の場合、それは翼形部46の後縁54に隣接して画定された基準部分であり、一方、後部移行範囲84は中間範囲83と後部範囲85との間に位置する基準部分である。 For example, referring again to FIG. 4, it will be appreciated that at the pressure surface 53 of the airfoil 46, the height of the fillet 50 varies significantly between the leading edge 52 and the trailing edge 54. According to an exemplary embodiment, a particular way in which the height of the fillet 50 varies across the width 62 of the airfoil 46 includes five reference portions defined across the airfoil 46 for this purpose. Or it can be described in terms of specific height characteristics that occur within the range. (As explained above, the width 62 of the airfoil 46 is the distance across the chord of the airfoil 46, in other words, the distance between the leading edge 52 and the trailing edge 54 of the airfoil 46. .) As will be appreciated, these reference ranges are defined in FIG. 4 by a reference dashed line, a boundary surface, or “boundary 80”. Specifically, the five reference ranges divide the width 62 of the airfoil 46 into adjacent non-overlapping parallel portions, which for purposes of explanation are referred to herein as a front region 81, a front portion, and These are referred to as transition range 82, intermediate range 83, rear transition range 84, and rear range 85. As shown in FIG. 4, the front region 81 is a reference portion defined adjacent to the leading edge 52 of the airfoil 46. The intermediate range 83 is a reference portion that occurs at a substantially central portion of the airfoil 46. The front transition range 82 is a reference portion located between the front range 81 and the intermediate range 83. In the case of the rear region 85, it is a reference portion defined adjacent to the trailing edge 54 of the airfoil 46, while the rear transition region 84 is a reference portion located between the intermediate region 83 and the rear region 85. is there.
上述の基準範囲81、82、83、84、85を、境界80の位置を画定することによって翼形部46上に特に配置することができ、一方、境界80の位置をZ軸に関して画定することができる。具体的には、境界80は、Z軸に垂直な平面が境界80の位置で翼形部46と交差し得るZ軸上の位置に関して画定される。本明細書の目的のために、Z軸上のこれらの位置は、翼弦長さ全体(すなわち、前縁52と後縁54との間のZ軸の長さ)に対して表され、したがって、翼弦長さの百分率で与えられる。具体的には、前縁52の位置には翼弦長さの0%の値が与えられ、一方、後縁54の位置には翼弦長さの100%の値が与えられる。これを考慮して、好ましい実施形態によれば、前部範囲81と前部移行範囲82とを分ける境界80は、翼弦長さの13%〜23%の間に配置される。前部移行範囲82と中間範囲83とを分ける境界80は、翼弦長さの27%〜37%の間に配置される。中間範囲83と後部移行範囲84とを分ける境界80は、翼弦長さの67%〜77%の間に配置される。そして最後に、後部移行範囲84と後部範囲85とを分ける境界80は、翼弦長さの87%〜97%の間に配置される。 The reference ranges 81, 82, 83, 84, 85 described above can be specifically located on the airfoil 46 by defining the position of the boundary 80, while defining the position of the boundary 80 with respect to the Z axis. Can do. Specifically, the boundary 80 is defined with respect to a position on the Z axis where a plane perpendicular to the Z axis can intersect the airfoil 46 at the position of the boundary 80. For purposes of this specification, these positions on the Z-axis are expressed relative to the overall chord length (ie, the length of the Z-axis between the leading edge 52 and the trailing edge 54), and thus , Given as a percentage of chord length. Specifically, the position of the leading edge 52 is given a value of 0% of the chord length, while the trailing edge 54 is given a value of 100% of the chord length. In view of this, according to a preferred embodiment, the boundary 80 separating the front region 81 and the front transition region 82 is located between 13% and 23% of the chord length. The boundary 80 that separates the front transition range 82 and the intermediate range 83 is located between 27% and 37% of the chord length. The boundary 80 that separates the intermediate range 83 and the rear transition range 84 is located between 67% and 77% of the chord length. And finally, the boundary 80 that separates the rear transition range 84 and the rear range 85 is located between 87% and 97% of the chord length.
本発明の好ましい実施形態によれば、フィレット高さは、基準範囲81、82、83、84、85内で正圧面フィレット63に対して与えられ、それらの基準範囲は上記で画定されている。さらに、述べたように、フィレット高さは、翼形部の全体の大きさに関連して、例えば翼形部46の高さ61に関連して表される。(既に述べたように、翼形部46の高さ61は、先端シュラウド48の内面60とプラットフォーム40の表面との間の距離であり、これは、先端シュラウドの傾斜のために、翼形部46の各側で異なり得る。)より具体的には、フィレット高さは翼形部高さ61の百分率で表され、先端シュラウド48の内面60のレベルにおける位置は、翼形部高さ61の0%の高さを有すると見なされ、一方で、プラットフォーム40のレベルにおける位置は、翼形部高さ61の100%の高さを有すると見なされる。本発明の例示的な実施形態によれば、前部範囲81内のフィレット高さは、翼形部高さ61の3%〜13%の間に維持される。中間範囲83内のフィレット高さは、翼形部高さ61の17%〜27%に維持される。後部範囲内のフィレット高さは、翼形部高さ61の3%〜13%に維持される。移行範囲82,84に関して、前部移行範囲82は、前部範囲81のフィレット高さと中間範囲83のフィレット高さとの間を滑らかに移行するフィレット高さを有し、一方、後部移行範囲84は、中間範囲83のフィレット高さと後部範囲85のフィレット高さとの間を滑らかに移行するフィレット高さを有する。 According to a preferred embodiment of the invention, the fillet height is given to the pressure face fillet 63 within the reference ranges 81, 82, 83, 84, 85, which reference ranges are defined above. Further, as mentioned, the fillet height is expressed in relation to the overall size of the airfoil, for example in relation to the height 61 of the airfoil 46. (As already mentioned, the height 61 of the airfoil 46 is the distance between the inner surface 60 of the tip shroud 48 and the surface of the platform 40, which is due to the tip shroud's inclination. 46). More specifically, the fillet height is expressed as a percentage of the airfoil height 61, and the position of the tip shroud 48 at the level of the inner surface 60 is that of the airfoil height 61. A position at the level of the platform 40 is considered to have a height of 100% of the airfoil height 61, while having a height of 0%. According to an exemplary embodiment of the present invention, the fillet height in the front region 81 is maintained between 3% and 13% of the airfoil height 61. The fillet height in the intermediate range 83 is maintained between 17% and 27% of the airfoil height 61. The fillet height within the rear range is maintained at 3% to 13% of the airfoil height 61. With respect to the transition ranges 82, 84, the front transition range 82 has a fillet height that smoothly transitions between the fillet height of the front range 81 and the fillet height of the intermediate range 83, while the rear transition range 84 is The fillet height smoothly transitions between the fillet height in the intermediate range 83 and the fillet height in the rear range 85.
本明細書に記載の実施形態のいずれかによる先端シュラウドフィレットは、先端シュラウドに対する改善された支持を提供し、それによって構成要素の寿命を延ばし、同時にタービンを通る高温燃焼ガスの空気力学的流れを促進する。上述のように、エンジン性能の観点から、翼形部の半径方向外側端部のほぼ全体にわたって延びる比較的大きな先端シュラウドを有することが望ましい。しかしながら、フィレットが空気力学的効率のために小さくかつ合理化されたままであることもまた望ましい。本開示によるフィレットは、1つまたは複数の重要な性能目標が改善または最適化されるように、これらおよび他の競合する目標を効果的にバランスさせる。すなわち、本開示のフィレット形状は、漏れを十分に防止するのに十分に大きい先端シュラウドを支持しながら、タービンを通る高温ガス流を効果的に案内するプロファイルを提供する。さらに、同様のサイズの先端シュラウドを支持する従来のフィレット形状と比較すると、本発明のフィレットは、機械的応力を低減し、正圧面と負圧面との間に均等に荷重を分散させ、それによって部品の有効寿命を著しく延ばす。本フィレット形状の有効性は、コンピュータによる流体力学解析、伝統的な流体力学解析、オイラーおよびナビエ−ストークス方程式、流れ試験、他の従来の試験、および/またはそれらの組み合わせによって検証されてきた。 A tip shroud fillet according to any of the embodiments described herein provides improved support for the tip shroud, thereby extending component life and simultaneously aerodynamic flow of hot combustion gases through the turbine. Facilitate. As noted above, in terms of engine performance, it is desirable to have a relatively large tip shroud that extends over substantially the entire radially outer end of the airfoil. However, it is also desirable that the fillets remain small and streamlined for aerodynamic efficiency. Fillets according to the present disclosure effectively balance these and other competing goals so that one or more important performance goals are improved or optimized. That is, the fillet shape of the present disclosure provides a profile that effectively guides the hot gas flow through the turbine while supporting a tip shroud that is sufficiently large to prevent leakage sufficiently. Furthermore, compared to conventional fillet shapes that support similar sized tip shrouds, the fillet of the present invention reduces mechanical stress and distributes the load evenly between the pressure and suction surfaces, thereby Significantly extend the useful life of parts. The effectiveness of this fillet shape has been verified by computational fluid dynamic analysis, traditional fluid dynamic analysis, Euler and Navier-Stokes equations, flow tests, other conventional tests, and / or combinations thereof.
当業者には認識されることとなるように、いくつかの例示的な実施形態に関して上述した多くの様々な特徴および構成は、本発明の他の可能な実施形態を形成するためにさらに選択的に適用することができる。簡潔にするため、および当業者の能力を考慮に入れて、可能な繰り返しの各々については詳細に提示または説明しないが、以下のまたはそれ以外のいくつかの請求項に包含されるすべての組み合わせおよび可能な実施形態は本出願の一部であることが意図されている。さらに、本発明のいくつかの例示的な実施形態の上記の説明から、当業者は、改良、変更、および変形を認識されよう。また当技術の範囲内のこのような改良、変更、および変形は、添付の特許請求の範囲に含まれることを意図している。さらに、前述の記載は本願の記載された実施形態のみに関係しており、以下の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される本願の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書において多くの変更および変形が可能であることは明らかである。 As will be appreciated by those skilled in the art, many of the various features and configurations described above with respect to some exemplary embodiments are more selective to form other possible embodiments of the invention. Can be applied to. For the sake of brevity and in view of the ability of those skilled in the art, each possible repetition will not be presented or described in detail, but all combinations and Possible embodiments are intended to be part of this application. Furthermore, from the above description of several exemplary embodiments of the invention, those skilled in the art will perceive improvements, changes, and modifications. Also, such improvements, changes and modifications within the skill of the art are intended to be included within the scope of the appended claims. Furthermore, the foregoing description relates only to the described embodiments of the present application, and will be described in detail herein without departing from the spirit and scope of the present application as defined by the following claims and their equivalents. It is clear that changes and modifications can be made.
12 ガスタービンエンジン
15 圧縮機
16 燃焼器
20 高温ガス経路
22 タービン
23 中心軸線
24 ノズル
26 ロータブレード
27 ロータディスク
36 矢印
40 プラットフォーム
42 シャンク
44 ダブテール
46 翼形部
48 先端シュラウド
49 先端
50 フィレット
52 前縁
53 正圧面
54 後縁
55 負圧面
56 シールレール
57 カッター歯
58 交差線
59 交差線
60 内面
61 翼形部高さ
62 翼形部の幅
63 正圧面フィレット
64 外面
65 負圧面フィレット
71 基準線
72 原点
80 境界
81 前部範囲、基準範囲
82 前部移行範囲、基準範囲
83 中間範囲、基準範囲
84 後部移行範囲、基準範囲
85 後部範囲、基準範囲
12 gas turbine engine 15 compressor 16 combustor 20 hot gas path 22 turbine 23 central axis 24 nozzle 26 rotor blade 27 rotor disk 36 arrow 40 platform 42 shank 44 dovetail 46 airfoil 48 tip shroud 49 tip 50 fillet 52 leading edge 53 Positive pressure surface 54 Trailing edge 55 Negative pressure surface 56 Seal rail 57 Cutter tooth 58 Crossing line 59 Crossing line 60 Inner surface 61 Airfoil height 62 Airfoil width 63 Positive pressure surface fillet 64 Outer surface 65 Negative pressure surface fillet 71 Reference line 72 Origin 80 Boundary 81 Front range, Reference range 82 Front transition range, Reference range 83 Intermediate range, Reference range 84 Rear transition range, Reference range 85 Rear range, Reference range
Claims (21)
前記翼形部(46)の前記外側先端(49)に取り付けられた先端シュラウド(48)であって、前記先端シュラウド(48)は、内面(60)が外面(64)に対向する平面構成要素を備える、先端シュラウド(48)と、
前記翼形部先端(49)と前記先端シュラウド(48)の交差部の周りに形成されたフィレット(50)であって、前記フィレット(50)は、前記先端シュラウド(48)と前記翼形部(46)とを構造的に接続し、前記交差部の周りの空気力学的空気流を促進するために、前記交差部の周りで可変のフィレットプロファイルを画定する、フィレット(50)と、
を備えた、ガスタービンのタービン用ロータブレードであって、前記フィレット(50)は、
前記翼形部(46)の前記正圧面(53)と前記先端シュラウド(48)の前記内面(60)との間に形成された正圧面フィレット(63)と、
前記翼形部(46)の前記負圧面(55)と前記先端シュラウド(48)の前記内面(60)との間に形成された負圧面フィレット(65)と、
を備え、
表Iに示されるように、前記正圧面フィレット(63)は、デカルト座標系におけるX,Y,Z座標値の第1セットの点の中の点に実質的に一致する正圧面フィレットプロファイルを含み、X,Y,Zはインチ単位での原点からの距離であり、前記第1セットの点の中の点が滑らかな連続円弧で結ばれているとき、前記第1セットの点の中の点は前記正圧面フィレット(63)の前記正圧面フィレットプロファイルを画定し、
前記第1セットの点は、表Iに示されるように、基準面Hと基準面Wとの間に含まれる各基準面の点1と点50との間に含まれる各点を含む、
ロータブレード。 An airfoil portion (46) defined between a concave pressure surface (53) and a convex suction surface (55) opposed in the lateral direction, the pressure surface (53) and the suction surface (55). An airfoil (46) extending between the leading edge (52) and the trailing edge (54) facing each other and between the tip (49) and the inner edge;
A tip shroud (48) attached to the outer tip (49) of the airfoil (46), wherein the tip shroud (48) is a planar component with an inner surface (60) facing the outer surface (64). A tip shroud (48) comprising:
A fillet (50) formed around the intersection of the airfoil tip (49) and the tip shroud (48), the fillet (50) comprising the tip shroud (48) and the airfoil portion. A fillet (50) defining a variable fillet profile around the intersection to structurally connect to (46) and to promote aerodynamic air flow around the intersection;
A turbine rotor blade for a gas turbine comprising the fillet (50),
A pressure surface fillet (63) formed between the pressure surface (53) of the airfoil (46) and the inner surface (60) of the tip shroud (48);
A suction surface fillet (65) formed between the suction surface (55) of the airfoil (46) and the inner surface (60) of the tip shroud (48);
With
As shown in Table I, the pressure face fillet (63) includes a pressure face fillet profile that substantially coincides with a point in the first set of points of X, Y, Z coordinate values in a Cartesian coordinate system. , X, Y, Z are distances from the origin in inches, and when the points in the first set of points are connected by a smooth continuous arc, the points in the first set of points Defines the pressure face fillet profile of the pressure face fillet (63);
The first set of points includes each point included between points 1 and 50 of each reference plane included between the reference plane H and the reference plane W, as shown in Table I.
Rotor blade.
前記翼形部(46)の前記内側端部は、前記ロータブレードをロータディスク(27)に結合するように構成された根元部に取り付けられるプラットフォーム(40)によって画定される、
請求項1に記載のタービンロータブレード。 The tip shroud (48) further comprises first and second seal rails (56) extending circumferentially;
The inner end of the airfoil (46) is defined by a platform (40) attached to a root configured to couple the rotor blade to a rotor disk (27);
The turbine rotor blade according to claim 1.
前記翼形部(46)の前記外側先端(49)に取り付けられた先端シュラウド(48)であって、前記先端シュラウド(48)は、内面(60)が外面(64)に対向する平面構成要素を備える、先端シュラウド(48)と、
前記翼形部先端(49)と前記先端シュラウド(48)の交差部の周りに形成されたフィレット(50)であって、前記フィレット(50)は、前記先端シュラウド(48)と前記翼形部(46)とを構造的に接続し、前記交差部の周りの空気力学的空気流を促進するために、前記交差部の周りで可変のフィレットプロファイルを画定する、フィレット(50)と、
を備えた、ガスタービンのタービン用ロータブレードであって、前記フィレット(50)は、
前記翼形部(46)の前記正圧面(53)と前記先端シュラウド(48)の前記内面(60)との間に形成された正圧面フィレット(63)と、
前記翼形部(46)の前記負圧面(55)と前記先端シュラウド(48)の前記内面(60)との間に形成された負圧面フィレット(65)と、
を備え、
表IIに示されるように、前記負圧面フィレット(65)は、デカルト座標系におけるX,Y,Z座標値の第1セットの点の中の点に実質的に一致する負圧面フィレットプロファイルを含み、X,Y,Zはインチ単位での原点からの距離であり、前記第1セットの点の中の点が滑らかな連続円弧で結ばれているとき、前記第1セットの点の中の点は前記負圧面フィレット(65)の前記負圧面フィレットプロファイルを画定し、
前記第1セットの点は、表IIに示されるように、基準面Hと基準面Wとの間に含まれる各基準面の点1と点50との間に含まれる各点を含む、
ロータブレード。 An airfoil portion (46) defined between a concave pressure surface (53) and a convex suction surface (55) opposed in the lateral direction, the pressure surface (53) and the suction surface (55). An airfoil (46) extending between the leading edge (52) and the trailing edge (54) facing each other and between the tip (49) and the inner edge;
A tip shroud (48) attached to the outer tip (49) of the airfoil (46), wherein the tip shroud (48) is a planar component with an inner surface (60) facing the outer surface (64). A tip shroud (48) comprising:
A fillet (50) formed around the intersection of the airfoil tip (49) and the tip shroud (48), the fillet (50) comprising the tip shroud (48) and the airfoil portion. A fillet (50) defining a variable fillet profile around the intersection to structurally connect to (46) and to promote aerodynamic air flow around the intersection;
A turbine rotor blade for a gas turbine comprising the fillet (50),
A pressure surface fillet (63) formed between the pressure surface (53) of the airfoil (46) and the inner surface (60) of the tip shroud (48);
A suction surface fillet (65) formed between the suction surface (55) of the airfoil (46) and the inner surface (60) of the tip shroud (48);
With
As shown in Table II, the suction side fillet (65) includes a suction side fillet profile that substantially coincides with a point in the first set of points of X, Y, Z coordinate values in a Cartesian coordinate system. , X, Y, Z are distances from the origin in inches, and when the points in the first set of points are connected by a smooth continuous arc, the points in the first set of points Defines the suction side fillet profile of the suction side fillet (65);
The first set of points includes each point included between point 1 and point 50 of each reference plane included between reference plane H and reference plane W, as shown in Table II.
Rotor blade.
前記翼形部(46)の前記内側端部は、前記ロータブレードをロータディスク(27)に結合するように構成された根元部に取り付けられるプラットフォーム(40)によって画定される、
請求項8に記載のタービンロータブレード。 The tip shroud (48) further comprises first and second seal rails (56) extending circumferentially;
The inner end of the airfoil (46) is defined by a platform (40) attached to a root configured to couple the rotor blade to a rotor disk (27);
The turbine rotor blade according to claim 8.
前記翼形部(46)の前記外側先端(49)に取り付けられた先端シュラウド(48)であって、前記先端シュラウド(48)は、内面(60)が外面(64)に対向する平面構成要素を備える、先端シュラウド(48)と、
前記翼形部先端(49)と前記先端シュラウド(48)の交差部の周りに形成されたフィレット(50)であって、前記フィレット(50)は、前記先端シュラウド(48)と前記翼形部(46)とを構造的に接続し、前記交差部の周りの空気力学的空気流を促進するために、前記交差部の周りで可変のフィレットプロファイルを画定する、フィレット(50)と、
を備えた、ガスタービンのタービン用ロータブレードであって、前記フィレット(50)は、
前記翼形部(46)の前記正圧面(53)と前記先端シュラウド(48)の前記内面(60)との間に形成された正圧面フィレット(63)と、
前記翼形部(46)の前記負圧面(55)と前記先端シュラウド(48)の前記内面(60)との間に形成された負圧面フィレット(65)と、
を備え、
表Iに示されるように、前記正圧面フィレット(63)は、デカルト座標系におけるX,Y,Z座標値の第1セットの点の中の点に実質的に一致する正圧面フィレットプロファイルを含み、X,Y,Zはインチ単位での原点からの距離であり、前記第1セットの点の中の点が滑らかな連続円弧で結ばれているとき、前記第1セットの点の中の点は前記正圧面フィレット(63)の前記正圧面フィレットプロファイルを画定し、
表IIに示されるように、前記負圧面フィレット(65)は、デカルト座標系におけるX,Y,Z座標値の第2セットの点の中の点に実質的に一致する負圧面フィレットプロファイルを含み、X,Y,Zはインチ単位での原点からの距離であり、前記第2セットの点の中の点が滑らかな連続円弧で結ばれているとき、前記第2セットの点の中の点は前記負圧面フィレット(65)の前記負圧面フィレットプロファイルを画定し、
前記第1セットの点は、表Iに示されるように、基準面Hと基準面Wとの間に含まれる各基準面の点1と点50との間に含まれる各点を含み、
前記第2セットの点は、表IIに示されるように、基準面Hと基準面Wとの間に含まれる各基準面の点1と点50との間に含まれる各点を含む、
ロータブレード。 An airfoil portion (46) defined between a concave pressure surface (53) and a convex suction surface (55) opposed in the lateral direction, the pressure surface (53) and the suction surface (55). An airfoil (46) extending between the leading edge (52) and the trailing edge (54) facing each other and between the tip (49) and the inner edge;
A tip shroud (48) attached to the outer tip (49) of the airfoil (46), wherein the tip shroud (48) is a planar component with an inner surface (60) facing the outer surface (64). A tip shroud (48) comprising:
A fillet (50) formed around the intersection of the airfoil tip (49) and the tip shroud (48), the fillet (50) comprising the tip shroud (48) and the airfoil portion. A fillet (50) defining a variable fillet profile around the intersection to structurally connect to (46) and to promote aerodynamic air flow around the intersection;
A turbine rotor blade for a gas turbine comprising the fillet (50),
A pressure surface fillet (63) formed between the pressure surface (53) of the airfoil (46) and the inner surface (60) of the tip shroud (48);
A suction surface fillet (65) formed between the suction surface (55) of the airfoil (46) and the inner surface (60) of the tip shroud (48);
With
As shown in Table I, the pressure face fillet (63) includes a pressure face fillet profile that substantially coincides with a point in the first set of points of X, Y, Z coordinate values in a Cartesian coordinate system. , X, Y, Z are distances from the origin in inches, and when the points in the first set of points are connected by a smooth continuous arc, the points in the first set of points Defines the pressure face fillet profile of the pressure face fillet (63);
As shown in Table II, the suction side fillet (65) includes a suction side fillet profile that substantially coincides with a point in the second set of X, Y, Z coordinate values in the Cartesian coordinate system. , X, Y, Z are distances from the origin in inches, and when the points in the second set of points are connected by a smooth continuous arc, the points in the second set of points Defines the suction side fillet profile of the suction side fillet (65);
The first set of points includes each point included between point 1 and point 50 of each reference plane included between reference plane H and reference plane W, as shown in Table I.
The second set of points includes each point included between point 1 and point 50 of each reference surface included between reference surface H and reference surface W, as shown in Table II.
Rotor blade.
前記負圧面フィレットプロファイルが負圧面フィレットプロファイルエンベロープ内にあり、前記負圧面フィレットプロファイルエンベロープは、前記負圧面フィレットプロファイルに対して垂直な方向に±0.05インチの距離にある、
請求項15に記載のロータブレード。 The pressure surface fillet profile is within a pressure surface fillet profile envelope, the pressure surface fillet profile envelope is at a distance of ± 0.05 inches in a direction perpendicular to the pressure surface fillet profile;
The suction side fillet profile is within a suction side fillet profile envelope, and the suction side fillet profile envelope is at a distance of ± 0.05 inches in a direction perpendicular to the suction side fillet profile;
The rotor blade according to claim 15.
前記翼形部(46)の前記内側端部は、前記ロータブレードをロータディスク(27)に結合するように構成された根元部に取り付けられるプラットフォーム(40)によって画定され、
前記デカルト座標系のZ軸は、前記ロータブレードの前記翼形部(46)の翼弦に沿って向けられている、
請求項15に記載のタービンロータブレード。 The tip shroud (48) further comprises first and second seal rails (56) extending circumferentially;
The inner end of the airfoil (46) is defined by a platform (40) attached to a root configured to couple the rotor blade to a rotor disk (27);
The Z axis of the Cartesian coordinate system is oriented along the chord of the airfoil (46) of the rotor blade,
The turbine rotor blade according to claim 15.
前記第2セットの点が、表IIに示すように、基準面Eと基準面Yとの間に含まれる前記基準面の各々の点1と点50との間に含まれる各点を含む、
請求項15に記載のタービンロータブレード。 The first set of points includes each point included between points 1 and 50 of each of the reference planes included between the reference plane E and the reference plane Y as shown in Table I;
The second set of points includes each point included between each point 1 and point 50 of the reference plane included between the reference plane E and the reference plane Y, as shown in Table II.
The turbine rotor blade according to claim 15.
前記第2セットの点が、表IIに示すように、基準面Aと基準面Zとの間に含まれる前記基準面の各々の点1と点50との間に含まれる各点を含む、
請求項15に記載のタービンロータブレード。 The first set of points includes each point included between points 1 and 50 of each of the reference planes included between reference plane A and reference plane Z as shown in Table I;
The second set of points includes each point included between points 1 and 50 of each of the reference planes included between reference plane A and reference plane Z, as shown in Table II.
The turbine rotor blade according to claim 15.
前記翼形部(46)の前記外側先端(49)に取り付けられた先端シュラウド(48)であって、前記先端シュラウド(48)は、内面(60)が外面(64)に対向する平面構成要素を備える、先端シュラウド(48)と、
前記翼形部先端(49)と前記先端シュラウド(48)の交差部の周りに形成されたフィレット(50)であって、前記フィレット(50)は、前記先端シュラウド(48)と前記翼形部(46)とを構造的に接続し、前記交差部の周りの空気力学的空気流を促進するために、前記交差部の周りで可変のフィレットプロファイルを画定し、前記フィレット(50)は前記翼形部(46)の前記正圧面(53)と前記先端シュラウド(48)の前記内面(60)との間に形成された正圧面フィレット(63)を含む、フィレット(50)と、
を備えた、ガスタービンのタービン用ロータブレードであって、
前記翼形部(46)の翼弦に垂直に形成された基準境界面は、前記翼形部(46)を、前記翼形部(46)の前記前縁(52)から前記後縁(54)まで順に、前部範囲(81)、前部移行範囲(82)、中間範囲(83)、後部移行範囲(84)、および後部範囲(85)を含む、重なり合っていない実質的に平行な隣接する基準範囲(81、82、83、84、85)に分割し、
前記前部範囲(81)と前記前部移行範囲(82)とを分ける前記基準境界面は、前記翼弦長さの13%〜23%の間に配置され、
前記前部移行範囲(82)と前記中間範囲(83)とを分ける前記基準境界面は、前記翼弦長さの27%〜37%の間に配置され、
前記中間範囲(83)と前記後部移行範囲(84)とを分ける前記基準境界面は、前記翼弦長さの67%〜77%の間に配置され、
前記後部移行範囲(84)と前記後部範囲(85)とを分ける前記基準境界面は、前記翼弦長さの87%〜97%の間に配置され、
フィレット高さは、前記翼形部の全高の百分率としての前記正圧面フィレット(63)の高さを含み、
前記正圧面フィレットでは、
前記前部範囲(81)内のフィレット高さは、前記翼形部の全高の3%〜13%の間であり、
前記中間範囲(83)内のフィレット高さは、前記翼形部の全高の17%〜27%の間であり、
前記後部範囲(85)内のフィレット高さは、前記翼形部の全高の3%〜13%の間であり、
前記前部移行範囲(82)内のフィレット高さは、前記前部範囲(81)のフィレット高さと前記中間範囲(83)のフィレット高さとの間を滑らかに移行し、
前記後部移行範囲(84)内のフィレット高さは、前記中間範囲(83)のフィレット高さと前記後部範囲(85)のフィレット高さとの間を滑らかに移行する、
ロータブレード。 An airfoil portion (46) defined between a concave pressure surface (53) and a convex suction surface (55) opposed in the lateral direction, the pressure surface (53) and the suction surface (55). An airfoil (46) extending between the leading edge (52) and the trailing edge (54) facing each other and between the tip (49) and the inner edge;
A tip shroud (48) attached to the outer tip (49) of the airfoil (46), wherein the tip shroud (48) is a planar component with an inner surface (60) facing the outer surface (64). A tip shroud (48) comprising:
A fillet (50) formed around the intersection of the airfoil tip (49) and the tip shroud (48), the fillet (50) comprising the tip shroud (48) and the airfoil portion. (46) to connect structurally and to promote aerodynamic airflow around the intersection, a variable fillet profile is defined around the intersection, the fillet (50) A fillet (50) including a pressure surface fillet (63) formed between the pressure surface (53) of the profile (46) and the inner surface (60) of the tip shroud (48);
A rotor blade for a turbine of a gas turbine, comprising:
A reference interface formed perpendicular to the chord of the airfoil (46) moves the airfoil (46) from the leading edge (52) of the airfoil (46) to the trailing edge (54). ) In order, including a front range (81), a front transition range (82), an intermediate range (83), a rear transition range (84), and a rear range (85), non-overlapping substantially parallel adjacencies Divided into reference ranges (81, 82, 83, 84, 85)
The reference interface dividing the front range (81) and the front transition range (82) is located between 13% and 23% of the chord length;
The reference interface dividing the front transition range (82) and the intermediate range (83) is disposed between 27% and 37% of the chord length;
The reference interface that divides the intermediate range (83) and the rear transition range (84) is disposed between 67% to 77% of the chord length,
The reference interface dividing the rear transition range (84) and the rear range (85) is located between 87% and 97% of the chord length;
The fillet height includes the height of the pressure side fillet (63) as a percentage of the total height of the airfoil,
In the positive pressure surface fillet,
The fillet height in the front region (81) is between 3% and 13% of the total height of the airfoil,
The fillet height in the intermediate range (83) is between 17% and 27% of the total height of the airfoil,
The fillet height in the rear region (85) is between 3% and 13% of the total height of the airfoil,
The fillet height within the front transition range (82) smoothly transitions between the fillet height of the front range (81) and the fillet height of the intermediate range (83),
The fillet height in the rear transition range (84) smoothly transitions between the fillet height of the intermediate range (83) and the fillet height of the rear range (85).
Rotor blade.
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